Raketen-Vorbeiflug kräuselt die Sonne

Sonne und Raketenstart

Bildcredit und Bildrechte: Michael Cain

Der Start einer Rakete bei Sonnenaufgang kann zu ungewöhnlichen, faszinierenden Bildern führen, die Rakete und Sonne zusammen zeigen. Das geschah letzten Monat, als eine Falcon-9-Rakete von SpaceX am Kennedy-Raumfahrtzentrum der NASA abhob und 53 weitere Starlink-Satelliten in den niedrigen Erdorbit transportierte.

Auf diesem Bild des Starts leuchtet die Abgasfahne der Rakete über ihre Projektion auf die ferne Sonne hinaus. Die Rakete erscheint seltsam gekrümmt, und am unteren Rand der Sonne weist eigenartige tropfenähnliche Wellen auf. Die physikalische Ursache dieser Effekte sind Taschen aus relativ heißer oder dünner Luft, die Sonnenlicht weniger stark ablenken als die Taschen mit relativ kühler oder dichter Luft: Lichtbrechung.

Die aktive Sonnenfleckenregion 3014 links zieht – nichts ahnend von der irdischen Schau – langsam über die Sonne.

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Eine gewaltige Tsunami-Stoßwelle auf der Sonne

Diese tsunami-ähnliche Stoßwelle auf der Sonne, die von der Aktiven Region AR 10930 ausging, ist als  Moreton-Welle bekannt.

Bildcredit: NSO/AURA/NSF und das USAF-Forschungslabor

So große Tsunamis gibt es nicht auf der Erde. 2006 erzeugte eine große Sonneneruption aus einem Sonnenfleck von der Größe der Erde eine tsunamiähnliche Stoßwelle, die sogar für die Sonne spektakulär war.

Das Optische Sonnenüberwachungs-Netzwerk (Optical Solar Patrol Network, OSPAN) in New Mexico (USA) erfasste diesen Tsunami, der von der Aktiven Region AR 10930 auswärts wanderte. Die Stoßwelle ist in der Wissenschaft als Moreton-Welle bekannt. Sie komprimierte und erhitzte Gase, darunter den Wasserstoff in der Photosphäre der Sonne, und verursachte ein kurzzeitiges helleres Leuchten. Dieses Bild wurde in einer sehr spezifischen roten Farbe aufgenommen, die ausschließlich von Wasserstoff abgestrahlt wird.

Der rasende Tsunami löschte einige aktive Filamente auf der Sonne aus, manche davon entstanden später neu. Der Sonnen-Tsunami breitete sich mit fast einer Million Kilometer pro Stunde aus und umkreiste die gesamte Sonne in wenigen Minuten.

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Eine Raumstation kreuzt die lebhafte Sonne

Das Bild zeigt eine Zeitraffer-Silhouette der Internationalen Raumstation (ISS), die über die Sonne zieht. Die Sonne zeigt Filamente, Protuberanzen und einen Sonnenfleck.

Bildcredit und Bildrechte: Wang Letian (Eyes at Night)

Beschreibung: Normalerweise ist die Internationale Raumstation nur nachts zu sehen. Die Internationale Raumstation (ISS) zieht langsam über den Nachthimmel, während sie um die Erde kreist, und ist an vielen Orten etwa einmal im Monat als heller Fleck zu sehen. Dann ist die ISS nur kurz nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang sichtbar, weil sie im reflektierten Sonnenlicht leuchtet – sobald sie den Erdschatten erreicht, wird sie unsichtbar.

Tagsüber sehen wir die ISS nur, wenn sie direkt über die Sonne zieht. Dann zieht sie so schnell vorüber, dass nur Kameras mit sehr kurzen Belichtungszeiten die Silhouette der ISS vor dem Hintergrund der Sonne visuell einfrieren können, wie bei diesem Bild – es entstand aus einer Fotoserie, die zu Beginn des Monats in Peking (China) mit perfekter Zeitplanung fotografiert wurden.

Die Bildserie wurde später mit separaten Aufnahmen kombiniert, die fast gleichzeitig fotografiert wurden, um die Textur und die Aktivität der lebhaften Sonne zu zeigen. Die Sonnenaktivität bestand aus vielen gasförmigen, rot hervorgehobenen Protuberanzen am Rand sowie Filamenten auf der Sonnenoberfläche und einem dunklen Sonnenfleck.

Morgen 12. April ab 18 Uhr: Yuri’s Night im Technischen Museum Wien – Eintritt frei!

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Schiefer Turm, aktive Sonne

Sonnenuntergang mit Sonnenflecken hinter dem Schiefen Turm von Pisa.

Bildcredit und Bildrechte: Antonio Tartarini

Beschreibung: Der natürliche Filter der dunstigen Atmosphäre erlaubte diese Ansicht vom 27. März einer bekannten Architektur bei Sonnenuntergang. Die großen Sonnenflecken der aktiven Regionen 2975 und 2976 zeichnen sich dunkel auf der Sonnenscheibe ab, diese ist zwischen dem Dom zu Pisa und seinem berühmten Schiefen Turm eingekeilt.

Nur einen Tag später beobachteten Raumsonden, welche die Sonne beobachten, wie die aktive Region 2975 Sonnenfackeln und zwei koronale Massenauswürfe (KMA) auswarf. Der größere KMA traf am 31. März auf die Magnetosphäre und löste einen geomagnetischen Sturm und Polarlichter in hohen Breiten am Nachthimmel aus. Am 30. März die brach die aktive Region 2975 erneut mit einer mächtigen Sonnenfackel der X-Klasse aus, die auf der Erde einen vorübergehenden Funkausfall verursachte.

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NuSTAR zeigt die Sonne im Röntgenlicht

Sonne in UV-Licht und Röntgenlicht. Bilder des Röntgensatelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array NuSTAR liefern Hinweise, warum die Zonen über Sonnenflecken so heiß sind.

Bildcredit: NASA, NuSTAR, SDO

Beschreibung: Warum sind die Zonen über Sonnenflecken so heiß?

Sonnenflecken sind etwas kühler als die umgebende Sonnenoberfläche, weil die Magnetfelder, die sie erzeugen, die Aufheizung durch den Strömungstransport verringern. Daher ist es erstaunlich, dass die Regionen darüber – sogar viel höher oben in der Sonnenkorona – hundertmal heißer sein können.

Um herauszufinden, warum das so ist, richtete die NASA das sehr empfindliche Röntgenteleskop des Satelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) im Erdorbit zur Sonne. Dieses Bild zeigt die Sonne in ultraviolettem Licht, die Aufnahmen mit dem Solar Dynamics Observatory (SDO) im Orbit sind rot dargestellt. In Falschfarben-Grün und -Blau wurden Emissionen oberhalb von Sonnenflecken in darübergelegt, die von NuSTAR in verschiedenen Bändern energiereicher Röntgenstrahlen erfasst wurden, diese zeigen Regionen mit extrem hoher Temperatur.

NuSTAR-Bilder wie dieses liefern Hinweise zum Mechanismus der Aufheizung der Sonnenatmosphäre und und werfen ein neues Licht auf solare Nanoflares und Mikroflares als kurze Energieschübe, welche die ungewöhnliche Erwärmung verursachen könnten.

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Ein Filament schießt aus der Sonne


Videocredit und -rechte: Stéphane Poirier

Beschreibung: Warum entweicht manchmal ein Teil der Sonnenatmosphäre ins All? Der Grund dafür liegt in den veränderlichen Magnetfeldern, die durch die Sonnenoberfläche verlaufen. In Regionen mit starkem Oberflächenmagnetismus, sogenannten aktiven Regionen, sind häufig dunkle Sonnenflecken anzutreffen.

Aktive Regionen können geladenes Gas entlang von gewölbten oder ausladenden Magnetfeldern kanalisieren. Dieses Gas fällt manchmal zurück, manchmal entweicht es, und manchmal trifft es sogar unsere Erde.

Dieses Zeitraffervideo zeigt die Entwicklung im Laufe einer Stunde, es wurde mit einem kleinen Teleskop in Frankreich aufgenommen und zeigt ein ausbrechendes Filament, das Ende letzten Monats von der Sonne aufstieg. Dieses Filament ist riesig: Zum Vergleich ist links oben die Größe der Erde abgebildet.

Kurz nachdem das Filament aufstieg, stieß die Sonne eine mächtige Fackel der X-Klasse aus, während ein gewaltiger Sonnen-Tsunami die Oberfläche erschütterte. Das Ergebnis war eine Wolke geladener Teilchen, die durch unser Sonnensystem rasten, unsere Erde aber großteils verfehlten – zumindest diesmal. Dennoch traf eine ausreichende Menge Sonnenplasma auf das Erdmagnetfeld, um ein paar blasse Polarlichter hervorzurufen.

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Sonnenfleckenhügel

Sonnenaufgang bei Sierra del Cid in Perter in Spanien.

Bildcredit und Bildrechte: Jordi Coy

Beschreibung: Rollt diese riesige orangefarbene Kugel den von Bäumen gesäumten Hügel hinunter? Nein, weil es in Wirklichkeit die Sonne ist. Der Zentralstern unseres Sonnensystems wurde zusammen mit einem prachtvoll detaillierten Vordergrund fotografiert, als er vor zwölf Tagen auf der Erde hinter einem Hügel aufging.

Auf der Sonnenscheibe waren fünf Sonnenflecken zu sehen – ziemlich viele, wenn man bedenkt, dass während des Minimums an Sonnenaktivität in den letzten Jahren an den meisten Tagen keine Flecken zu sehen waren. Wenn ihr den Hügel – Sierra del Cid in Perter (Spanien) – genau betrachtet, seht ihr nicht nur die Silhouetten von Kiefern, sondern auch die von Menschen – es sind zufällig drei Brüder des Fotografen. Die Bäume und die Brüder waren am Morgen dieses gut geplanten Einzelfotos ungefähr 3,5 Kilometer entfernt. Ein dunkler Filter dämpfte die gleißende Sonne und brachte die unteren Sonnenflecken gut zur Geltung.

Innerhalb weniger Minuten stieg die Sonne weit über den Hügel, und im Lauf einer Woche rotierten die Sonnenflecken mit der Sonne aus dem Blickfeld. Doch die abgebildete Szene ist nun zur Freude aller in der Zeit gefroren.

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Perihel und Aphel

Vergleich zwischen dem scheinbaren Durchmesser der Sonne zum Perihel (Sonnennähe) und Aphel (Sonnenferne).

Bildcredit und Bildrechte: Richard Jaworski

Beschreibung: Am 5. Juli 2021 erreichte die Erde das Aphel 2021, das ist der sonnenfernste Punkt auf ihrer elliptischen Bahn. Natürlich beeinflusst die Entfernung der Erde von der Sonne nicht die Jahreszeiten. Diese sind abhängig von der Neigung der Rotationsachse der Erde, daher ist im Juli auf der Nordhalbkugel immer noch Sommer und auf der Südhalbkugel Winter.

Doch es bedeutet, dass am 5. Juli die Sonne – vom Planeten Erde aus betrachtet – ihre kleinste scheinbare Größe hatte. Dieses Komposit vergleicht zwei Bilder der Sonne, die mit demselben Teleskop und derselben Kamera fotografiert wurden. Die linke Hälfte entstand nahe dem Perihel 2021 (2. Januar), dem sonnennächsten Punkt auf der Erdbahn. Das rechte Bild wurde kurz vor dem Aphel 2021 fotografiert.

Der Unterschied des scheinbaren Durchmessers der Sonne zwischen Perihel und Aphel ist normalerweise schwierig zu erkennen, da er nur etwas mehr als 3 Prozent beträgt.

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AR2835: Inseln in der Photosphäre

Die Aktiven Region AR2835 ist die größte Aktive Region, die derzeit die Sonne kreuzt.

Bildcredit und Bildrechte: Michael Teoh, Heng-Ee-Observatorium, Penang, Malaysia

Beschreibung: Sonnenflecken sind dunkle Inseln in der Photosphäre – das ist die helle Oberfläche der Sonne. Diese Flecken sind so groß wie Planeten, sie schwimmen in einem Meer aus leuchtendem Plasma und sind an starken Magnetfeldern verankert. Sonnenflecken befinden sich in aktiven Sonnenregionen. Sie wirken nur deshalb dunkel, weil sie etwas kühler sind, ihre Temperatur beträgt etwa 4000 Kelvin. Im Vergleich dazu herrschen auf der umgebenden Sonnenoberfläche Temperaturen von 6000 Kelvin.

Diese Sonnenflecken liegen in der Aktiven Region AR2835. Es ist die größte Aktive Region, die derzeit die Sonne kreuzt. Diese scharfe Teleskop-Nahaufnahme vom 1. Juli zeigt sie in einem Sichtfeld, das etwa 150.000 Kilometer breit ist, das entspricht mehr als zehn Erddurchmessern. Aktive Sonnenregionen mit ihren mächtigen Magnetfeldern sind häufig für Sonnenfackeln und koronale Massenauswürfe verantwortlich, das sind Stürme, die das Weltraumwetter in Erdnähe beeinflussen.

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Der Sonnenzyklus 25 hat begonnen

Diese Aufnahme des Solar Dynamics Observatory SDO zeigt die Sonne bei Aktivitätsminumum und -maximum in extremem Ultraviolettlicht.

Bildcredit: NASA, SDO

Beschreibung: Der allgemeine Trend monatlicher Sonnenfleckendaten zeigt, dass das Minimum des ungefähr 11 Jahre langen Sonnenaktivitätszyklus im Dezember 2019 stattfand. Es markiert den Beginn des 25. Sonnenzyklus. Die ruhige Sonne während des Aktivitätsminimums ist die rechte Hemisphäre im geteilten Bild. Im Kontrast dazu zeigt die linke Seite, die im April 2014 fotografiert wurde, die aktive Sonne während des erfassten Maximums des Sonnenzyklus 24.

Die Bilder wurden vom Solar Dynamics Observatory in der Erdumlaufbahn im extremen Ultraviolett aufgenommen. Sie zeigen koronale Schleifen und aktive Regionen im Licht stark ionisierter Eisenatome.

Während des Sonnenzyklus 24 war das Weltraumwetter um unseren Planeten herum relativ ruhig. Die Prognosen für Zyklus 25 lauten, dass er ebenfalls ruhig sein wird. Das Aktivitätsmaximum des Zyklus 25 wird im Juli 2025 erwartet. Sonnenzyklus 1 war der erste Sonnenzyklus, der aus frühen Aufzeichnungen der Sonnenfleckendaten ermittelt wurde, er begann vermutlich mit einem Minimum im Februar 1755.

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Die rotierende Sonne


Bildcredit: SDO, NASA; Digitale Komposition: Kevin M. Gill

Beschreibung: Ändert sich die Sonne, während sie sich dreht? Ja, und die Änderungen reichen von gering bis dramatisch. Diese Zeitrafferaufnahmen zeigen die Rotation unserer Sonne im Laufe eines Monats im Jahr 2014, wie sie vom Solar Dynamics Observatory der NASA abgebildet wurde.

Links im großen Bild seht ihr die Chromosphäre der Sonne in Ultraviolettlicht, während das kleinere, hellere Bild rechts oben die vertrautere Photosphäre zur gleichen Zeit in sichtbarem Licht zeigt. Die restlichen eingefügten Sonnenbilder zeigen die Röntgen-Emissionen relativ seltener Eisenatome, die sich in unterschiedlichen Höhen der Korona befinden, und zwar in Falschfarben, um Unterschiede zu betonen.

Die Sonne braucht etwas weniger als einen Monat für eine vollständige Umdrehung – am schnellsten rotiert sie am Äquator. Eine große, aktive Sonnenfleckenregion rotiert kurz nach Beginn des Films ins Sichtfeld. Zu den subtilen Effekten gehören Änderungen der Oberflächenstruktur und die Formen der aktiven Regionen. Zu den dramatischen Effekten zählen zahlreiche Blitze in aktiven Regionen sowie flackernde, ausbrechende Protuberanzen, die ihr überall um den Sonnenrand seht.

Derzeit erlebt unserer Sonne ein ungewöhnlich niedriges Aktivitätsminimum während ihres 11-jährigen magnetischen Zyklus.

Gegen Ende des Films rotiert dieselbe, schon früher gezeigte große aktive Sonnenfleckenregion ins Sichtfeld zurück, doch sie sieht nun anders aus.

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